2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第4章化學(xué)反應(yīng)與電能第3節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)教案新人教版選擇性必修第一冊(cè)

PAGE9-第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過試驗(yàn)科學(xué)探究金屬腐蝕的本質(zhì)及其緣由，相識(shí)金屬腐蝕的主要類型，能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式。2．相識(shí)金屬腐蝕產(chǎn)生的危害和影響，樹立防止金屬腐蝕的意識(shí)，熟知金屬腐蝕常用的防護(hù)方法。一、金屬的腐蝕1．金屬腐蝕(1)概念：金屬或合金與四周的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。(2)由于與金屬接觸的氣體或液體物質(zhì)不同，發(fā)生腐蝕的狀況也不同，發(fā)生腐蝕的狀況也不同，一般金屬腐蝕可分為兩類：①化學(xué)腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)干脆反應(yīng)而引起的腐蝕。溫度對(duì)化學(xué)腐蝕的影響很大。②電化學(xué)腐蝕：當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕。2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕由于條件不同，鋼鐵腐蝕可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類型。析氫腐蝕吸氧腐蝕示意圖鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖水膜環(huán)境在酸性環(huán)境中水膜酸性很弱或呈中性負(fù)極反應(yīng)Fe－2e－=Fe2＋2Fe－4e－=2Fe2＋正極反應(yīng)2H＋＋2e－=H2↑O2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應(yīng)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍微點(diǎn)撥：(1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，速率也大得多危害更大。(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實(shí)際狀況中以吸氧腐蝕為主。(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極都是鐵，失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。3．試驗(yàn)探究[試驗(yàn)4－3](1)試驗(yàn)1：將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。幾分鐘后，視察導(dǎo)管中水柱的變更?，F(xiàn)象及緣由：試驗(yàn)1中導(dǎo)管中的水柱上升，鐵釘生銹。說明該過程鐵釘被腐蝕。鐵釘發(fā)生的是吸氧腐蝕。(2)試驗(yàn)2:取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，視察現(xiàn)象。然后，向其中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，再視察現(xiàn)象?，F(xiàn)象及緣由：起先時(shí)試管中均有無色氣體產(chǎn)生，滴加硫酸銅溶液后產(chǎn)生氣體的速率明顯加快。緣由是鋅置換出銅后構(gòu)成了銅鋅原電池，鋅作負(fù)極，腐蝕速率加快。二、金屬的防護(hù)1．變更金屬材料的組成：在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異的合金。例如，把鉻、鎳等加入一般鋼中制成不銹鋼產(chǎn)品。2．在金屬表面覆蓋愛護(hù)層：在金屬表面覆蓋致密的愛護(hù)層，將金屬制品與四周物質(zhì)隔開。(1)在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質(zhì)。(2)用電鍍的方法，在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。(3)工業(yè)上常利用一些溶液的氧化作用，在機(jī)器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。(4)利用陽(yáng)極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化。(5)采納離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面可以形成穩(wěn)定的鈍化膜。3．電化學(xué)愛護(hù)法(1)犧牲陽(yáng)極法①應(yīng)用原電池原理，讓被愛護(hù)金屬做正極，一種活潑性較強(qiáng)的金屬做負(fù)極，用導(dǎo)線相連。犧牲陽(yáng)極法示意圖②[試驗(yàn)4－4]試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)1已知Fe2＋與[Fe(CN)6]3－反應(yīng)生成帶有特征藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓。試驗(yàn)裝置試驗(yàn)操作按如圖所示連接好裝置；往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液試驗(yàn)現(xiàn)象電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)e電極上有氣泡產(chǎn)生，但往Fe電極旁邊滴入K3[Fe(CN)6]溶液不顯特征藍(lán)色有關(guān)反應(yīng)Zn電極：Zn－2e－=Zn2＋Fe電極：2H＋＋2e－=H2↑試驗(yàn)結(jié)論Zn、Fe和經(jīng)過酸化的NaCl溶液構(gòu)成原電池，鐵被愛護(hù)未被腐蝕試驗(yàn)2將1g瓊脂加入250mL燒杯中，再加入50mL飽和食鹽水和150mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個(gè)培育皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合勻稱。取兩個(gè)2～3cm的鐵釘，用砂紙擦光。如圖(a)所示，將裹有鋅皮的鐵釘放入上述的一個(gè)培育皿中；如圖(b)所示，將纏有銅絲的鐵釘放入另一個(gè)培育皿中。視察并說明試驗(yàn)現(xiàn)象。(a)(b)犧牲陽(yáng)極法試驗(yàn)試驗(yàn)現(xiàn)象：a中溶液變紅色，b中鐵釘旁邊出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，銅絲旁邊溶液變紅色。(2)外加電流法外加電流法把被愛護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為協(xié)助陽(yáng)極，兩者均放在電解質(zhì)溶液里，外接直流電源。外加電流法示意圖1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。 (×)(2)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極鐵失去電子生成Fe3＋。 (×)(3)在金屬表面覆蓋愛護(hù)層，若愛護(hù)層破損后，就完全失去了對(duì)金屬的愛護(hù)作用。 (×)(4)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕。 (×)2．下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說法正確的是()A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被愛護(hù)B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可愛護(hù)內(nèi)部不被腐蝕C．鋼管與銅管露天堆放在一起時(shí)，鋼管不易被腐蝕D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－=Fe3＋B[鋼管與電源正極相連，則鋼管作陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，在表面生成一層致密的氧化膜愛護(hù)內(nèi)部不被腐蝕，B項(xiàng)正確；鋼管與銅管露天堆放在一起，形成原電池時(shí)鋼管作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為：Fe－2e－=Fe2＋，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]3．試驗(yàn)探究(如圖所示)。(1)若棉團(tuán)浸有NH4Cl溶液，鐵釘發(fā)生________腐蝕，正極反應(yīng)式為____________________________________________________________________，右試管中現(xiàn)象是___________________________________________________________________________________________________________________。(2)若棉團(tuán)浸有NaCl溶液，鐵釘發(fā)生________腐蝕，正極反應(yīng)式為____________________________________________________________________，右試管中現(xiàn)象是__________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)析氫2H＋＋2e－=H2↑有氣泡冒出(2)吸氧O2＋4e－＋2H2O=4OH－導(dǎo)管內(nèi)液面上升探究金屬的腐蝕與防護(hù)(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識(shí)與微觀探析)如圖所示，將緊緊纏繞不同金屬的鐵釘放入培育皿中，再加入含有適量酚酞和NaCl的瓊脂熱溶液，冷卻后形成瓊膠(離子在瓊膠內(nèi)可以移動(dòng))。ab[問題1]依據(jù)所學(xué)學(xué)問分析a中你能視察到什么現(xiàn)象？并說明其緣由。[提示]銅絲旁邊呈現(xiàn)紅色。因?yàn)閍中鐵比銅活潑，鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，銅作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式分別為負(fù)極：2Fe－4e－=2Fe2＋，正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，因此a中銅絲旁邊呈現(xiàn)紅色。[問題2]依據(jù)所學(xué)學(xué)問分析b中你能視察到什么現(xiàn)象？并說明其緣由。[提示]鐵釘旁邊呈現(xiàn)紅色。b中鋁比鐵活潑，鋁作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式分別為負(fù)極：4Al－12e－=4Al3＋，正極：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－，因此b中鐵釘旁邊呈現(xiàn)紅色。[問題3]a、b中鐵釘?shù)母g速率快慢是怎樣的？[提示]a中鐵釘腐蝕速率更快。金屬腐蝕快慢比較(1)在同一電解質(zhì)溶液中：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。(2)同一種金屬在相同濃度不同介質(zhì)中腐蝕由快到慢的依次為強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)有無愛護(hù)措施的腐蝕快慢依次：無愛護(hù)措施的金屬腐蝕>有肯定愛護(hù)措施的金屬腐蝕>犧牲陽(yáng)極的陰極愛護(hù)法引起的金屬腐蝕>有外加電流的陰極愛護(hù)法引起的金屬腐蝕。(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕速率越快。1．下列各種鍍有金屬愛護(hù)層的鐵板，鍍層破損后在相同的環(huán)境中，鐵板最易被腐蝕的是()A．鍍鋅鐵(白鐵) B．鍍錫鐵(馬口鐵)C．鍍銅鐵 D．鍍銀鐵D[鍍有金屬愛護(hù)層的鐵板，在鍍層破損時(shí)，與四周環(huán)境形成原電池。A中鍍層破損時(shí)，鋅作負(fù)極，鐵作正極受到愛護(hù)；B、C、D中鍍層破損時(shí)，鐵均作負(fù)極而被腐蝕，與正極金屬的活動(dòng)性相差越大，負(fù)極被腐蝕的速率越快，所以選D。]2．如圖所示，各燒杯中均盛的是海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的依次為()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥C[②③④均為原電池，③中Fe為正極，被愛護(hù)；②④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動(dòng)性差別大于Fe和Sn的，故Fe-Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽(yáng)極，Cu接電源負(fù)極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負(fù)極作陰極，Cu接電源正極作陽(yáng)極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。依據(jù)以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的依次為⑤>④>②>①>③>⑥。]3．某探究小組用鐵釘被腐蝕的快慢試驗(yàn)來探討防止鋼鐵腐蝕的方法。所用試劑有：材質(zhì)相同的無銹鐵釘數(shù)個(gè)，食鹽水、碳酸水、植物油各多量，試驗(yàn)溫度為298K、308K，每次試驗(yàn)取用鐵釘?shù)臄?shù)量相同。液體體積相同且足量，用大小相同的試管試驗(yàn)。(1)請(qǐng)完成以下試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在試驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的試驗(yàn)編號(hào)：試驗(yàn)編號(hào)T/K用液體試管內(nèi)取用液體試驗(yàn)?zāi)康蘑?98食鹽水(Ⅰ)試驗(yàn)①和②探究不同電解質(zhì)溶液對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響(Ⅱ)試驗(yàn)①和________探究溫度對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響(Ⅲ)試驗(yàn)①和________探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響②③④(2)請(qǐng)依據(jù)上述試驗(yàn)，推斷下列有關(guān)鋼鐵制品防腐的說法正確的是________(填字母)。A．在鐵門、鐵窗表面涂上油漆B．自行車各部件因有防護(hù)涂層或電鍍等防腐措施，所以不須要停放在能遮雨的地方C．家用鐵制廚具每次用完后應(yīng)擦干放置在干燥處D．把擋水鐵閘門與直流電源的正極連接且構(gòu)成回路，可削減鐵閘門的腐蝕速率[解析](1)試驗(yàn)Ⅰ探究不同電解質(zhì)對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證溫度不變(仍為298K)，變更電解質(zhì)(選用碳酸水)。試驗(yàn)Ⅱ探究溫度對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證電解質(zhì)不變(仍為食鹽水)，變更溫度(選308K)。試驗(yàn)Ⅲ探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響。因此保證溫度不變(仍為298K)，變更試管內(nèi)液體(選植物油)。(2)A項(xiàng)涂油漆愛護(hù)鐵窗，使鐵窗與四周物質(zhì)隔開，正確；自行車放在干燥處，不易形成原電池，能降低腐蝕速率，B錯(cuò)誤，C正確；D項(xiàng)擋水鐵閘門應(yīng)與直流電源的負(fù)極相連，使之作電解池的陰極，才能起到愛護(hù)作用，D錯(cuò)誤。[答案](1)試驗(yàn)編號(hào)T/K試管內(nèi)取用液體試驗(yàn)?zāi)康蘑?98食鹽水(Ⅱ)③(Ⅲ)④(只要與前面③、④對(duì)應(yīng)即可)②298碳酸水③308食鹽水④298植物油(2)AC氫脆是金屬腐蝕的一種類型。金屬材料特殊是鈦材一旦吸氫，就會(huì)析出脆性氫化物，使機(jī)械強(qiáng)度劣化。在腐蝕介質(zhì)中，金屬因腐蝕反應(yīng)析出的氫及制造過程中汲取的氫，是金屬中氫的主要來源。金屬的表面狀態(tài)對(duì)吸氫有明顯的影響，探討表明，鈦材的研磨表面吸氫量最多，其次為原始表面，而真空退火和酸洗表面最難吸氫。鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。[問題1]閱讀材料分析，金屬鈦在酸性介質(zhì)還是堿性介質(zhì)中更易發(fā)生氫脆？(宏觀辨識(shí)與微觀探析)[提示]酸性介質(zhì)。[問題2]怎樣防止金屬態(tài)發(fā)生氫脆腐蝕？(宏觀辨識(shí)與微觀探析)[提示]鈦材料在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。1．下列有關(guān)金屬腐蝕的說法中正確的是()A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程B．電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程C．鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負(fù)極汲取氧氣，產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹D．金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同，但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生D[金屬腐蝕的本質(zhì)，主要是金屬原子失電子被氧化，腐蝕的內(nèi)因是金屬的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質(zhì)接觸，腐蝕主要包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，所以A錯(cuò)誤；電化學(xué)腐蝕指不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng)而損耗的過程，不須要外加電流，所以B錯(cuò)誤；鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，正極汲取氧氣，而不是負(fù)極汲取氧氣，所以C錯(cuò)誤。]2．下列敘述錯(cuò)誤的是()A．原電池工作時(shí)的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)B．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽(yáng)極C．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，表面水膜的pH增大D．電解精煉銅時(shí)，同一時(shí)間內(nèi)陽(yáng)極溶解銅的質(zhì)量與陰極析出銅的質(zhì)量一樣多D[原電池工作時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；依據(jù)電鍍?cè)砜芍?，鍍層金屬做?yáng)極，在鍍件上電鍍鋅，則鋅作陽(yáng)極，B正確；鋼鐵表面發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，正極上的電極反應(yīng)式為2H2O＋O2＋4e－=4OH－，即鋼鐵表面水膜的pH增大，C正確；電解精煉銅時(shí)，因?yàn)榇帚~含有雜質(zhì)，所以起先通電一段時(shí)間后，陽(yáng)極溶解的銅的質(zhì)量比陰極析出的銅的質(zhì)量少，D錯(cuò)誤。]3．探討電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．d為石墨，鐵片腐蝕加快B．d為石墨，石墨上電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕D．d為鋅塊，鐵片上電極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑D[A項(xiàng)，由于活動(dòng)性：Fe>石墨，所以鐵、石墨及海水構(gòu)成原電池，F(xiàn)e為負(fù)極，失去電子被氧化變?yōu)镕e2＋進(jìn)入溶液，溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原，比沒有形成原電池時(shí)的速率快，正確；B項(xiàng)，d為石墨，由于是中性電解質(zhì)，所以發(fā)生的是吸氧腐蝕，石墨上氧氣得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，正確；C項(xiàng)，若d為鋅塊，則由于金屬活動(dòng)性：Zn>Fe，Zn為原電池的負(fù)極，F(xiàn)e為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到愛護(hù)，鐵片不易被腐蝕，正確；D項(xiàng)，d為鋅塊，由于電解質(zhì)為中性環(huán)境，發(fā)生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，錯(cuò)誤。]4．如圖為模擬鐵生銹的試驗(yàn)。鐵粉中勻稱混有少量炭粉，撒入內(nèi)壁已分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤(rùn)濕過的甲、乙兩個(gè)具支試管中，打開止水夾片刻后，下列有關(guān)該試驗(yàn)的說法合理的是()甲